Услуги по обработке поверхностей

Несколько распространенных способов обработки поверхности металлов и методы их выбора

 

 

Поскольку металл широко используется в промышленности и повседневной жизни, улучшение и защита его характеристик всегда было горячей точкой исследований в области материаловедения. Технология обработки поверхности металлов придает металлам новые свойства, такие как коррозионная стойкость, износостойкость и эстетичность, за счет изменения химического состава или физической структуры поверхности металла. Ниже представлены некоторые часто используемые методы обработки поверхности металлов для справки и выбора при проектировании механических конструкций.

Гальванизация

Определение: Оцинкованный металл можно определить как металл, обработанный методом гальванизации для нанесения слоя цинка на поверхность металла для предотвращения ржавчины. Как правило, процесс цинкования заключается в погружении металла в горячий цинк для образования слоя цинка, который имеет химическую связь с поверхностью металла, тем самым обеспечивая защитное покрытие.

 

 

Применение: Многие металлы можно оцинковывать, но наиболее распространенными являются сталь и железо. Черные металлы, в том числе литая сталь, чугун, ковкий чугун, горячекатаная и холоднокатаная сталь, часто оцинковываются. Напротив, цветные металлы, такие как медь или алюминий, не образуют оцинкованного покрытия в результате процесса цинкования.

Процесс цинкования. Процесс цинкования состоит из трех основных этапов: подготовка поверхности, фактическое цинкование и последующая обработка. Крайне важно правильно подготовить поверхность и выполнить правильные действия после процесса цинкования, чтобы обеспечить функциональность и эстетику покрытия.

 

 

Как это работает: Во время процесса цинкования цинк взаимодействует с железом в металле, образуя прочный слой сплава. Этот защитный слой помогает защитить основной металл от агрессивных агентов, включая кислоты, основания и газовую среду, тем самым продлевая срок службы основного металла. Этот защитный слой цинка также действует как жертвенный слой; в случае воздействия он будет корродировать быстрее, чем основной металл, тем самым защищая его от ржавчины и коррозии. Другие виды обработки, например хроматирование, могут улучшить защитные свойства оцинкованного металла, поэтому его широко используют в строительстве, автомобилестроении и обрабатывающей промышленности.

Виды процессов цинкования

Горячее цинкование

Горячее цинкование, или горячее цинкование, — это процесс, при котором правильно очищенный металл погружают в расплавленный цинк. Цинк сплавляется с металлической подложкой, образуя металлургическую связь, создавая защитный слой. Этот метод быстрый и недорогой, но позволяет получать слои разной толщины.

Предварительное цинкование

Предварительное цинкование проводится на первом этапе производства стали. Металлический лист очищают, пропускают через цинковую ванну и сматывают. Хотя это обеспечивает однородное покрытие, оно может создавать открытые участки, возникающие в результате других производственных процессов.

Электро-Гальванизация

При электроцинковании используется электролит и электрический ток, которые вызывают прикрепление ионов цинка к стали. Этот метод позволяет получить точный и равномерный слой материала покрытия, но его эффективность обычно меньше, чем при горячем цинковании.

Таким образом, каждый метод цинкования имеет свои преимущества и недостатки, поэтому очень важно выбрать наиболее подходящую технологию для вашего проекта.

Выбор оцинкованной стали и алюминия

Оцинкованный алюминий и сталь широко используются во многих отраслях промышленности благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам. Оцинкованная сталь известна своей превосходной прочностью и устойчивостью к коррозии и часто используется в автомобилестроении, строительстве крыш и строительстве заборов. В то же время алюминий отличается низкой плотностью и высокой удельной прочностью, играя важную роль в таких областях транспорта, как авиация, судоходство, железнодорожный транспорт, а также в строительстве и электротехнике.

При изготовлении лопастей вентиляторов, хотя используется и оцинкованная сталь, и алюминий, большее предпочтение отдается оцинкованным алюминиевым листам из-за их меньшего веса. Однако для воздуховодов систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и корпусов вентиляторов предпочтительным материалом являются оцинкованные стальные листы из-за их экономичности и простоты обработки.

С точки зрения пластичности алюминий выигрывает благодаря своей превосходной пластичности, ему легко придавать самые разные формы, не теряя при этом присущей ему прочности. Для сравнения, хотя оцинкованная сталь также обладает определенной степенью пластичности, ее характеристики немного уступают алюминию с точки зрения формования. Когда речь идет о проектах, требующих сложной формы или дизайна, алюминий является предпочтительным материалом из-за его гибкости. Стоит отметить, что сталь также может более свободно формоваться после термообработки, хотя этот процесс технически более сложен.

 

 

Преимущества :

Слой цинка на поверхности стали защищает деталь от коррозии, действуя как жертвенный слой, который корродирует раньше подложки.

Он прочно связан с подложкой. Поэтому нет риска отслаивания.

Металлический цинк относительно дешевле хрома и никеля. Таким образом, цинкование более рентабельно, чем другие гальванические покрытия.

Термическая стабильность – еще одно преимущество цинкования.

Сложность геометрии подложки не влияет на процесс осаждения цинка.

Использование цинкового покрытия для защиты металлических деталей улучшает первоначальную проводимость подложки, главным образом для черных металлов.

Недостатки:

Более толстые покрытия (обычно > 25 мкм) могут вызвать охрупчивание и растрескивание цинкового слоя.

Водород может попасть в сталь во время процесса электролиза и вызвать риск охрупчивания и разрушения.

Внешний вид со временем может ухудшиться.

Это ограничено средами, склонными к содержанию хлоридов, особенно при сравнении хромирования с цинкованием.

 

 

Преимущества:

Он обеспечивает износостойкость, коррозионную стойкость, устойчивость к царапинам, твердость и низкое трение покрытых деталей или компонентов.

Красивая блестящая и отражающая поверхность хрома делает его подходящим для улучшения производительности и внешнего вида.

Химическая инертность хрома к некоторым химикатам, растворителям и маслам может защитить компоненты под ним от этих внешних факторов.

Этот тип покрытия также позволяет исправить незначительные неровности и дефекты поверхности.

Хромированная поверхность легко чистится.

Недостатки:

Необработанный хром дороже, чем другие металлы с покрытием, поэтому такая обработка поверхности обходится дороже, чем другие виды обработки поверхности.

Использование шестивалентного хрома может представлять опасность для здоровья. Поэтому в этом процессе необходимы строгие системы контроля.

Если покрытие повреждено или отслоилось, его сложно отремонтировать.

Достижение однородного хромового покрытия на изделиях сложной формы может оказаться сложной задачей.

 

 

 

Преимущества:

Рекомендуемые свойства никелирования. Делает основную поверхность износостойкой, устойчивой к истиранию и коррозии.

Это может улучшить электропроводность рабочего материала.

Химическое никелирование обеспечивает равномерное покрытие даже для изделий сложной геометрии, таких как внутренние отверстия и канавки.

Никелирование обеспечивает яркий и блестящий вид серебра.

Благодаря термическим свойствам никеля никелированные детали выдерживают высокие температуры.

Недостатки:

Он проявляет инертность к некоторым химическим веществам, таким как щелочи, нефть, соленая вода и некоторые мягкие кислоты. Этот гальванический металл стоит дороже, что делает процесс гальванического покрытия дорогим.

Пористость никеля приводит к тому, что его коррозионная стойкость и износостойкость относительно ниже, чем у цинка и хромирования.

Никелированные поверхности требуют регулярной чистки и полировки, чтобы сохранить внешний вид в течение длительного времени.

 

 

Пассивация

Пассивация — это метод защиты поверхности от ржавчины, который улучшает коррозионную стойкость металлов за счет химической реакции с поверхностью металла с образованием оксидного слоя.

 

 

Область применения

Пассивация обычно применима к металлическим материалам, таким как нержавеющая сталь и алюминиевые сплавы.

Характеристики процесса

Процесс пассивации включает в себя такие этапы, как очистка, замачивание, обработка пассивирующим агентом, нейтрализация, очистка и сушка на воздухе. Стоимость пассивации относительно невелика, поскольку цена пассивирующего агента относительно невысока, и ее необходимо выполнить. Однако после пассивации на поверхности может остаться небольшое количество ионов металлов, что окажет определенное влияние на окружающую среду.

Принцип пассивации нержавеющей стали: хром в нержавеющей стали реагирует с кислородом воздуха, образуя пассивированный слой оксида хрома с антикоррозионными свойствами, в то время как свободное железо в сплаве ускоряет коррозию. Это растворяет свободное железо и улучшает слой оксида хрома, делая металл более устойчивым к коррозии.

 

Анодирование

Определение: Анодирование — это электролитический процесс, который увеличивает размер оксидного слоя на поверхности металла, делая его более устойчивым к коррозии. Этот метод в основном используется для алюминия.

 

 

Процесс

·Подготовка: Алюминиевый сплав очищают и помещают в электролит серной кислоты.

·Электролитический процесс: алюминий используется в качестве анода, а материал, который не вступает в реакцию с электролитом, например, нержавеющая сталь, никель или углерод, используется в качестве катода.

·Образование оксида: При подаче напряжения анод выделяет кислород, который вступает в реакцию с алюминием, образуя слой оксида алюминия.

Виды электролитов и их действие:

·При 10 градусах 15–25% серная кислота образует на детали оксидный слой толщиной около 25 мкм/час.

·Щавелевая кислота и серная кислота при 30 градусах образуют оксидный слой толщиной около 0 мм в час.

·10% хромовая кислота при 38–42 градусах образует оксидный слой толщиной около 15 мкм/час.

Преимущества

·Долговечность: Поверхность становится более плотной и износостойкой.

·Эстетическая привлекательность: Анодирование также может сделать поверхность тусклой, но ее можно тонировать до постоянного цвета.

·Улучшенное покрытие: шероховатые поверхности также полезны для окраски и других видов покрытия, поскольку они лучше прилипают к текстурированной поверхности.

Анодирование особенно подходит для деталей, которым требуется износостойкость, коррозионная стойкость и эстетика.

Выбор между анодированием и пассивацией

1. Если целью является только предотвращение ржавчины или коррозии на металлической поверхности, а основным соображением является снижение затрат, то пассивация является хорошим выбором. Если вам необходимо повысить окисляемость, твердость и долговечность металлической поверхности и вас не смущает относительно высокая стоимость, вы можете выбрать анодирование.

2. Порог лазерного повреждения пассивации и микродугового окисления выше, в то время как порог повреждения химического никелирования, анодированного черного и твердого анодирования поверхностей ниже. [Источник литературы: China Laser 43, том 12: Влияние процесса обработки поверхности на способность лазерного повреждения алюминиевого сплава]

Черное анодирование

Изготовленные алюминиевые детали приобретают защитную и красивую поверхность благодаря процессу черного анодирования. Обеспечивает черный матовый оттенок и повышает устойчивость к коррозии, износу и истиранию.

(Вставить картинку)

Черное анодирование начинается с обычного процесса анодирования, а затем анодированный алюминий впитывает пигмент в черный краситель через поры образовавшегося слоя оксида алюминия.

 

Химическая пленка

Химическая пленка или конверсионное покрытие из хромата — это еще один процесс пассивации, используемый на алюминии. Он включает погружение металлической поверхности в химический раствор, а затем ее распыление или чистку кистью. Эта обработка не меняет размеров металла и может использоваться в качестве основы для других органических покрытий. Химическая пленка также используется для ремонта анодированных поверхностей и подготовки поверхности к последующему анодированию. Последний слой может иметь прозрачный желтый или коричневый цвет, что приводит к появлению желтого оттенка на обработанном металле.

 

Гальваника

В процессе гальванического покрытия один металл наносится на поверхность другого металла посредством кислотного гидролиза. В этом процессе покрываемый металл используется в качестве катода (отрицательно заряженного), а расходуемый анод (положительно заряженный), например серебро. Например, жертвенный серебряный анод может осаждать стальной или алюминиевый катод. Гальваника — это процесс, который помогает улучшить коррозионную стойкость и прочность детали.

 

 

 

Порошковая окраска — это сухой процесс, при котором на основу наносится сухой порошок. Он отличается от жидких покрытий, в которых используются испаряющиеся растворители: процесс порошкового покрытия включает электростатическое распыление с последующим отверждением покрытия под воздействием тепла или ультрафиолета. Порошки, которые можно использовать, могут быть термопластичными или термореактивными. Кроме того, оно дает более твердую и однородную поверхность, чем традиционные покрытия, что делает его более эффективным. Полимерные порошки можно легко наносить на такие металлы, как алюминий и сталь, придавая поверхности твердый и привлекательный вид.

 

 

 

Пластиковый король с тефлоновым покрытием (ПТФЭ)

Тефлон, тефлоновое напыление, толщина около 50-100 мкм.

Примеры применения: кастрюли для нанесения покрытия, ножи для горячей резки, валики.

Диапазон температур: долговременно 240-260 градусов, кратковременно выше 300.

Характеристики процесса:

1. Гладкая поверхность. Крепления для мобильных телефонов, детали фотоаппаратов, ролики

2. Самосмазывающийся, повышает износостойкость. Резиновые кольца, поршневые кольца, роторы, направляющие, шестерни, поршни

3. Антипригарное покрытие, склеивание ручек. Антиклеевые продукты, сахар, ролики для прижима пленки, оборудование для нанесения покрытий.

4. Высокая термостойкость, ударопрочность, изоляция, отсутствие хрупкости при низкой температуре, отсутствие плавления при высокой температуре.

5. Коррозионная стойкость, почти отсутствие коррозии.